傳統骨骼植入物多由鈦合金製成，雖然堅固，卻常因過於僵硬導致周邊骨骼萎縮。近日，格羅寧根大學（University of Groningen）與瑞典卡爾斯塔德大學（Karlstad University）的研究團隊在《Small Structures》期刊發表最新研究，指出透過精密控制「超材料（Metamaterials）」的內部單元結構，可打造出硬度與天然骨骼完全匹配的植入物，解決醫療植入後的適應性難題。

超材料並非由化學成分決定性質，而是取決於高度精密且重複的結構單元（Unit Cells）。由博士生 Shyam Veluvali 與 Anastasiia Krushynska 教授領導的研究發現，超材料整體的機械反應取決於結構塊的數量以及排列方式。實驗數據顯示，當單元數量增加時，材料的結構行為會變得更容易預測，這對於需要高精準度的醫療工程至關重要。

目前醫學界使用的鈦合金植入物，硬度遠高於人體骨骼。在日常活動（如咀嚼或說話）中，鈦合金會承擔大部分載荷，導致受保護的骨骼因缺乏應力刺激而逐漸弱化、萎縮。研究團隊提出的替代方案，是透過調整超材料的微觀結構，使其剛度（Stiffness）與骨骼同步。當植入物與骨骼能共同分擔受力，骨骼組織便能保持強健並維持原有密度。

該研究的另一項重要發現，是超材料對不同受力模式的反應差異。研究人員指出，同一種材料在面對剪切（Shear）、拉伸（Stretching）或扭轉（Torsion）等不同力場時，會展現出截然不同的機械特性。這項發現打破了以往研究僅關注單一受力的侷限，讓科學家能針對複雜的人體活動環境，設計出更具韌性的植入結構。

除了骨科與脊椎植入物，這項技術的應用前景極為廣泛。由於能夠精準精確控制材料的機械反應，研究成果也可應用於機器人技術，例如製作具備精細觸感的機器手抓取器（Grippers）；或是用於汽車工業，開發更高效能的能量吸收器（如保險桿），在發生碰撞時提供更理想的緩衝保護。

這項研究結合了計算模擬與實際測試，利用 3D 列印技術驗證了結構設計的可行性。Veluvali 表示，透過選擇正確的結構尺寸與排列，能夠為各種應用設計出更安全、更耐用的結構。這不僅是材料科學的進步，更為未來「量身訂製」的精準醫療與先進工業設計奠定了理論基礎。